Zawartość
Wszystkie organizmy wykorzystują cząsteczkę zwaną glukoza i proces o nazwie glikoliza w celu zaspokojenia niektórych lub wszystkich potrzeb energetycznych. W przypadku jednokomórkowych organizmów prokariotycznych, takich jak bakterie, jest to jedyny dostępny proces generowania ATP (trifosforan adenozyny, „waluta energetyczna” komórek).
Organizmy eukariotyczne (zwierzęta, rośliny i grzyby) mają bardziej wyrafinowaną maszynerię komórkową i mogą uzyskać znacznie więcej z cząsteczki glukozy - w rzeczywistości ponad piętnaście razy więcej ATP. Wynika to z faktu, że komórki te wykorzystują oddychanie komórkowe, które w całości stanowi glikoliza plus oddychanie tlenowe.
Reakcja obejmująca oksydacyjna dekarboksylacja w oddychaniu komórkowym zwanym reakcja mostkowa służy jako centrum przetwarzania między ściśle beztlenowymi reakcjami glikolizy i dwoma etapami tlenowego oddychania, które występują w mitochondriach. Ten etap pomostowy, bardziej formalnie nazywany utlenianiem pirogronianu, jest zatem niezbędny.
Zbliżając się do mostu: glikoliza
W glikolizie seria dziesięciu reakcji w cytoplazmie komórkowej przekształca sześciowęglową cząsteczkę cukru w glukozę w dwie cząsteczki pirogronianu, trójwęglowego związku, wytwarzając jednocześnie dwie cząsteczki ATP. W pierwszej części glikolizy, zwanej fazą inwestycyjną, dwa ATP są faktycznie potrzebne do przesunięcia reakcji, podczas gdy w drugiej części, fazie powrotnej, jest to więcej niż kompensowane przez syntezę czterech cząsteczek ATP.
Faza inwestycyjna: Glukoza ma przyłączoną grupę fosforanową, a następnie jest przekształcana w cząsteczkę fruktozy. Ta cząsteczka z kolei ma dodaną grupę fosforanową, w wyniku czego powstaje podwójnie fosforylowana cząsteczka fruktozy. Ta cząsteczka jest następnie dzielona i staje się dwiema identycznymi cząsteczkami trójwęglowymi, każda z własną grupą fosforanową.
Faza powrotu: Każda z dwóch trójwęglowych cząsteczek ma ten sam los: ma inną grupę fosforanową i każda z nich jest używana do wytwarzania ATP z ADP (difosforanu adenozyny), podczas gdy jest przekształcana w cząsteczkę pirogronianu. Ta faza generuje również cząsteczkę NADH z cząsteczki NAD+.
Wydajność energetyczna netto wynosi zatem 2 ATP na glukozę.
Reakcja mostkowa
Reakcja mostkowa, zwana także reakcja przejścia, składa się z dwóch kroków. Pierwszy to dekarboksylacja pirogronianu, a drugim jest przywiązanie tego, co zostało do cząsteczki zwanej koenzym A.
Końcem cząsteczki pirogronianu jest węgiel podwójnie związany z atomem tlenu i pojedynczo związany z grupą hydroksylową (-OH). W praktyce atom H w grupie hydroksylowej oddziela się od atomu O, więc tę część pirogronianu można uważać za mającą jeden atom C i dwa atomy O. Podczas dekarboksylacji usuwa się go jako CO2lub dwutlenek węgla.
Następnie pozostałość cząsteczki pirogronianu, zwana grupą acetylową i mająca wzór CH3C (= O) łączy się z koenzymem A w miejscu uprzednio zajmowanym przez grupę karboksylową pirogronianu. W trakcie tego procesu NAD+ jest zredukowany do NADH. Na cząsteczkę glukozy reakcja mostkowa wynosi:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Po moście: oddychanie tlenowe
Cykl Krebsa: Lokalizacja cyklu Krebsa znajduje się w matrycy mitochondrialnej (materiał wewnątrz błon). Tutaj acetylo-CoA łączy się z cząsteczką czterowęglową zwaną szczawiooctanem, tworząc sześciowęglową cząsteczkę, cytrynian. Cząsteczka ta jest sprowadzana z powrotem do szczawiooctanu w szeregu etapów, rozpoczynając cykl od nowa.
Wynik to 2 ATP wraz z 8 NADH i 2 FADH2 (nośniki elektronów) do następnego kroku.
Łańcuch transportu elektronów: Reakcje te zachodzą wzdłuż wewnętrznej błony mitochondrialnej, w której osadzone są cztery wyspecjalizowane grupy koenzymów, o nazwach od I do IV. Wykorzystują one energię elektronów na NADH i FADH2 do napędzania syntezy ATP, przy czym tlen jest końcowym akceptorem elektronów.
Wynik wynosi od 32 do 34 ATP, co daje ogólną wydajność energetyczną oddychania komórkowego na poziomie 36 do 38 ATP na cząsteczkę glukozy.